Recombinação Genética: Funções e Mecanismos

Recombinação genética Profa Pricila da Silva Cunha Disciplina Biologia Molecular Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais Introdução INTRODUÇÃO Recombinação genética é o nome dado a qualquer processo enzimático pelo qual o arranjo linear da sequência de nucleotídeos em um cromossomo é alterado por clivagem e religação Funções Sistemas de reparo de DNA regulação da expressão gênica manutenção da diversidade genética facilitação da segregação adequada de cromossomos durante a divisão celular eucariótica dentre outras Existem três classes principais de recombinação genética Recombinação homóloga Recombinação sítioespecífica Transposição de DNA RECOMBINAÇÃO HOMÓLOGA Recombinação entre duas moléculas de DNA de sequências similares que ocorre em todas as células nos eucariotos ocorre durante a mitose e a meiose RECOMBINAÇÃO HOMÓLOGA EM PROCARIOTOS Em bactérias a recombinação genética homóloga é principalmente um processo de reparo do DNA sendo denominada de reparo do DNA recombinante A recombinação homóloga bacteriana geralmente é direcionada para a reconstrução das forquilhas de replicação que pararam ou colapsaram no local do dano do DNA Recombinação homóloga em procariotos E como ocorre a recombinação genética homóloga em uma forquilha de replicação colapsada Nucleassehelicase RecBCD Recombinase RecA RuvAB Nuclease RuvC e DNAligase Reconstrução de uma forquilha de replicação viável Recombinação genética homóloga como sistema de reparo em uma forquilha de replicação colapsada Recombinação homóloga em eucariotos RECOMBINAÇÃO HOMÓLOGA EM EUCARIOTOS A recombinação homóloga tem pelo menos três funções principais em eucariotos 1 Contribui para o reparo de vários tipos de dano no DNA 2 Fornece uma ligação física transitória quiasmas entre as cromátides nãoirmãs do par de cromossomos homólogos que é necessária para a correta segregação dos cromossomos homólogos durante a meiose I 3 Aumenta a diversidade genética em uma população A recombinação homóloga ocorre com a mais alta frequência durante a meiose I é o que denominamos de crossing over Recombinação homóloga em eucariotos Tétrade Bivalente ou tétrade conjunto de quatro cromátides do par de cromossomos homólogos emparelhado Quiasmas locais de ligações covalentes onde ocorre a recombinação homóloga crossingover e que aparecem em forma de X quando visualizados ao microscópio Meiose I Meiose II Meiose em células da linhagem germinativa em animais Recombinação durante a prófase I da meiose I Recombinação homóloga em eucariotos A recombinação homóloga aumenta a variabilidade genética em uma população Após a Meiose I e a Meiose II são formadas quatro célulasfilhas geneticamente diferentes entre si e diferentes da célulamãe A recombinação homóloga não modifica o arranjo linear dos genes mas determina quais alelos estarão em um mesmo cromossomo e que serão passados juntos para a próxima geração Segregação independente e variabilidade genética A segregação independente dos cromossomos homólogos durante a meiose I também contribui para a variabilidade genética CURIOSIDADE Recombinação sítioespecífica RECOMBINAÇÃO SÍTIOESPECÍFICA Recombinação genética que ocorre somente em sequências específicas Exemplo de uma reação de recombinação sítioespecífica resíduos de Tyr no sítio ativo atuam como nucleófilos Podemos dizer que a recombinase é uma endonuclease e uma ligase sítioespecífica em um único pacote Transposição de DNA Movimento de um segmento de DNA de um local para outro no genoma transposons TRANSPOSIÇÃO DE DNA Na transposição a nova localização sítioalvo é determinada de forma aleatória Se a inserção de um transposon ocorrer em um gene essencial pode levar à morte celular por isso a transposição é um processo altamente regulado CURIOSIDADE Em bactérias a dispersão de genes de resistência a antibióticos entre populações bacterianas causadoras de doenças que está levando alguns antibióticos a não serem eficazes é mediada em parte pela transposição E como ocorre a transposição do DNA em bactérias Transposição de DNA em bactérias Os transposons bacterianos variam em estrutura mas a maioria tem sequências repetidas curtas em cada extremidade que funcionam como sítios de ligação para a transposase TRANSPOSIÇÃO DO DNA EM BACTÉRIAS Transposição de DNA em bactérias Existem duas vias gerais para a transposição em bactérias Transposição direta ou simples o DNA é clivado de cada lado do transposon que então se move para uma nova localização Isso deixa uma quebra na fita dupla do DNA doador que deve ser reparada Transposição replicativa o transposon inteiro é replicado deixando uma cópia para trás no sítio doador Cointegrado estrutura formada por uma região doadora covalentemente ligada ao DNA no sítioalvo Importante Os eucariotos também têm transposons estruturalmente semelhantes aos transposons bacterianos e alguns utilizam mecanismos de transposição semelhantes Recombinação na geração da diversidade de anticorpos Estudos sobre o mecanismo de recombinação revelam que a geração da diversidade de anticorpos possui uma relação próxima à transposição do DNA RECOMBINAÇÃO NA GERAÇÃO DA DIVERSIDADE DE ANTICORPOS A recombinação genética permite que o ser humano produza uma diversidade extraordinária de anticorpos a partir de um pequeno número de genes Estrutura do anticorpo duas cadeias leves idênticas e duas cadeias pesadas idênticas Cadeias leves κ ou λ Cadeias pesadas α IgA δ IgD ε IgE γ IgG ou μ IgM As cadeias leves e pesadas apresentam regiões Nterminais variáveis V e regiões Cterminais constantes C As regiões variáveis das cadeias leves e pesadas participam do reconhecimento do antígeno e sua diversidade é gerada por recombinação Recombinação dos segmentos V e J do gene da cadeia leve κ da IgG humana Célulatronco na medula óssea Linfócito B maduro Recombinação na geração da diversidade de anticorpos RSS Sequências de sinais de recombinação Complexo Rag1Rag2 Recombinase Mecanismo de recombinação do gene da imunoglobulina